專利名稱：一種納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電納米線的應(yīng)用以及電介質(zhì)底電極材料的使用技術(shù)。尤其是 通過溶膠-凝膠法在納米線底電極基板上形成的納米線底電極/電介質(zhì)復(fù)合高容 量薄膜電容器結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景自從發(fā)現(xiàn)碳納米管以來， 一維納米材料的研究引起了人們極大的興趣。與碳 納米管相比，納米線的成分易于控制，因此，納米線的研究更是引起了人們極 大的興趣。隨著納米線研究的發(fā)展，各種不同的硅化物納米線被制備出來。然 而，到目前為止，對(duì)硅化物納米線的應(yīng)用的研究還處于初始階段，大多數(shù)對(duì)硅 化物納米線的研究都集中在其制備研究上，而對(duì)其應(yīng)用的研究比較少，顯然， 硅化物納米線的應(yīng)用前景需要進(jìn)一步開拓。隨著器件小型化程度要求的不斷提高，在電路中起重要作用的電容器的小型 化已經(jīng)成為電子儀器小型化的關(guān)鍵，而大容量小體積的薄膜電容器將具有更大 的應(yīng)用空間。從理論上分析，提高電容可以從增大電極和電介質(zhì)之間的接觸面 積，減小電介質(zhì)厚度，使用高介電常數(shù)材料等方面來著手。由于電介質(zhì)層厚度 的減小是有限的，而傳統(tǒng)的增大電極和電介質(zhì)之間接觸面積的方法一方面對(duì)電 容增大有限，另一方面又易于使得器件體積龐大，因此，目前，高介電常數(shù)材 料的使用成為了提高電容的一個(gè)很重要的選擇。然而，材料的介電常數(shù)并不是 能夠無限提高的，隨著對(duì)電容器容量要求越來越高，顯然只靠單一的高介電常 數(shù)電介質(zhì)材料也并不能真正解決問題。所以給出一種全新的思路并發(fā)明一種新 的結(jié)構(gòu)必將成為高容量薄膜電容器取得突破的關(guān)鍵。硅化鈦由于其高熔點(diǎn)低電阻率而被廣泛用作電路中的接觸和互連。硅化鈦納 米線由于其本身的導(dǎo)電性，若制備成硅化鈦底電極與導(dǎo)電硅化鈦納米線的一體 結(jié)構(gòu)，形成納米線電極層，并以此作為薄膜電容器的底電極，再在上面復(fù)合電 介質(zhì)材料層，在同樣的占有尺度下其電介質(zhì)與電極的接觸面積將極大地增加。 以此可知，當(dāng)使用高導(dǎo)電性大比表面積的硅化鈦納米線作為電介質(zhì)底電極時(shí)， 同樣的電介質(zhì)材料和同樣的占有尺度下，其薄膜電容器的電容量將隨之極大地 提高，這為超高容量薄膜電容器的開發(fā)提供了新的方法，也為器件小型化提供 了新型的薄膜電容器件；另一方面由于該復(fù)合結(jié)構(gòu)制作工藝與半導(dǎo)體工藝完全 匹配，非常便于納米線在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用，這將會(huì)為硅化鈦納米線以及其他導(dǎo)電納米線的應(yīng)用提供一種新的思路。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高容量的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容 器及其制備方法。本發(fā)明的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，在基板上自下而上依次 沉積有硅化鈦導(dǎo)電薄膜層，硅化鈦納米線底電極層和電介質(zhì)薄膜層。 上述的基板可以是玻璃基板、單晶硅基板或多晶硅基板。所說的硅化鈦導(dǎo)電薄膜層是Ti5Si3晶相或TiSi2晶相，或由Ti5Si^n TiSi2晶 相組成。所說的硅化鈦納米線底電極層是形態(tài)為納米線、納米釘、納米棒、納 米線簇或火箭狀納米線的TiSi晶相或TiSi2晶相。所說的電介質(zhì)薄膜層為 BaxSr^Ti03電介質(zhì)薄膜，x =0.3 1 。納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器的制備方法，采用的是溶膠-凝膠法， 包括以下步驟1) 將粉末醋酸鋇和碳酸鍶溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩爾比為0 2.33，攪拌 至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為l:l混合，配制濃度為0.3 0.6mol/l的透明前 驅(qū)體溶膠BaxSrLxTi03， x=0.3 l;4) 清洗基板，以化學(xué)氣相沉積法在基板上依次沉積硅化鈦導(dǎo)電薄膜層和硅 化鈦納米線底電極層；5) 用提拉法在硅化鈦納米線底電極層上涂覆B^Sr^Ti03前驅(qū)體溶膠；6) 在580 64(TC熱處理30 60min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。BaxSri_xTi03電介質(zhì)薄膜的厚度由提拉速度決定。 一般，提拉速度控制在 2cm/min 6cm/min 。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果有1、 采用溶膠-凝膠法制備納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，對(duì)設(shè)備要 求低，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)。2、 通過在硅化鈦納米線底電極層上制備B^Sr^Ti03電介質(zhì)薄膜，利用硅化 鈦納米線底電極的高比表面積，大大增加電介質(zhì)和電極接觸面積，提高了這種 薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的電容量，其電容量為相同尺度普通電極薄膜電容量的3倍以上。


圖l本發(fā)明的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器示意圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，在基板l上自 下而上依次沉積有硅化鈦導(dǎo)電薄膜層2，硅化鈦納米線底電極層3和電介質(zhì)薄膜 層4。實(shí)施例l1) 將粉末醋酸鋇Ba (CH3COO)2和碳酸鍶SrC03溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩 爾比為0.667，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂Ti(OC^H^溶解于乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH中，得到溶 液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為l:l混合，配制濃度為0.35mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠Ba^n.xTi03， x=0.6;4) 清洗玻璃基板，以化學(xué)氣相沉積法在玻璃基板上依次沉積TisSi3導(dǎo)電薄 膜層和TiSi納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi納米線底電極層上涂覆Bao.6Sra4Ti03前 驅(qū)體溶膠；6) 在58(TC熱處理60min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 用阻抗分析儀測(cè)試復(fù)合薄膜電容器的電容，測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3倍。 實(shí)施例21) 將粉末醋酸鋇溶解于醋酸中，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為1:1混合，配制濃度為0.5mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠BaxSiVxTi03， x=l;4) 清洗玻璃基板，以化學(xué)氣相沉積法在玻璃基板上依次沉積Ti5Si3導(dǎo)電薄 膜層和TiSi2納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi2納米線底電極層上涂覆BaTi03前驅(qū)體溶膠；6) 在640'C熱處理30min,得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3.2倍。實(shí)施例31) 將粉末醋酸鋇Ba (CH3COO)2和碳酸鍶SrC03溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩 爾比為2.33，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂Ti(OC4H^溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為1:1混合，配制濃度為0.4mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠BaxSrLxTK)3， x=0.3;4) 清洗單晶硅基板，以化學(xué)氣相沉積法在單晶硅基板上依次沉積TiSi2導(dǎo)電 薄膜層和TiSi納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi納米線底電極層上涂覆Bao.3Sr。.7Ti03前 驅(qū)體溶膠；6) 在60(TC熱處理45min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3.1倍。 實(shí)施例41) 將粉末醋酸鋇Ba (CH3COO)2和碳酸鍶SrC03溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩 爾比為1.5，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂Ti(OC^H^溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為1:1混合，配制濃度為0.3mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠BaxSr^Ti03， x=0.4;4) 清洗玻璃基板，以化學(xué)氣相沉積法在玻璃基板上依次沉積Ti5Si3，TiSi2導(dǎo) 電薄膜層和TiSi納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi納米線底電極層上涂覆Bao.4Sr。.6Ti03前 驅(qū)體溶膠；6) 在59(TC熱處理60min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3.3倍。 實(shí)施例51) 將粉末醋酸鋇Ba (CH3COO)2和碳酸鍶SrC03溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩 爾比為l，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂11(0<:4119)4溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為l:l混合，配制濃度為0.5mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠BaxSrv;n03， x=0.5;4) 清洗單晶硅基板，以化學(xué)氣相沉積法在單晶硅基板上依次沉積TiSi2導(dǎo)電 薄膜層和TiSi2納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi2納米線底電極層上涂覆Bao.5Sro.5Ti03前 驅(qū)體溶膠；6) 在62(TC熱處理40min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3.3倍。 實(shí)施例61) 將粉末醋酸鋇Ba (CH3COO)2和碳酸鍶SrC03溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩 爾比為0.667，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂Ti(OC4H^溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為1:1混合，配制濃度為0.6mol/l的透明前驅(qū) 體溶膠BaxSiVxTi03， x=0.6;4) 清洗多晶硅基板，以化學(xué)氣相沉積法在多晶硅基板上依次沉積TiSi2導(dǎo)電 薄膜層和TiSb納米線底電極層；5) 用提拉法以4cm/min的速度在TiSi2納米線底電極層上涂覆Bao.6SiWn03前 驅(qū)體溶膠；6) 在590'C熱處理50min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器。 測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合薄膜電容器電容量為相同尺度ITO/電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器電容量的3.1倍。
權(quán)利要求
1.一種納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，其特征在于在基板(1)上自下而上依次沉積有硅化鈦導(dǎo)電薄膜層(2)，硅化鈦納米線底電極層(3)和電介質(zhì)薄膜層(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，其特征 在于基板(l)是玻璃基板、單晶硅基板或多晶硅基板；
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，其特征 在于硅化鈦導(dǎo)電薄膜層(2)是Ti5Si3晶相或TiSi2晶相，或由Ti5Si3和TiSi2晶相 組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，其特征 在于所說的硅化鈦納米線底電極層(3)是形態(tài)為納米線、納米釘、納米棒、納 米線簇或火箭狀納米線的TiSi晶相或TiSi2晶相。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，其特征 在于所說的電介質(zhì)薄膜層(4)為BaxSr^Ti03電介質(zhì)薄膜，x=0.3 l。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器的制備方 法，其特征在于包括以下步驟1) 將粉末醋酸鋇和碳酸鍶溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩爾比為0 2.33,攪拌 至全部溶解，得到溶液甲；2) 將鈦酸四丁脂溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；3) 將甲、乙兩種溶液按摩爾比為l:l混合，配制濃度為0.3 0.6mol/l的透明前 驅(qū)體溶膠BaxSrLxTi03， x=0.3 l;4) 清洗基板，以化學(xué)氣相沉積法在基板上依次沉積硅化鈦導(dǎo)電薄膜層和硅 化鈦納米線底電極層；5) 用提拉法在硅化鈦納米線底電極層上涂覆B^SrhTi03前驅(qū)體溶膠；6) 在580 64(TC熱處理30 60min，得到納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器o
全文摘要
本發(fā)明公開的納米線底電極與電介質(zhì)復(fù)合薄膜電容器，在基板上自下而上依次沉積有硅化鈦導(dǎo)電薄膜層，硅化鈦納米線底電極層和電介質(zhì)薄膜層。該電容器采用溶膠-凝膠法制備，對(duì)設(shè)備要求低，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明利用硅化鈦納米線底電極的高比表面積，大大增加電介質(zhì)和電極接觸面積，提高了這種薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的電容量，其電容量為相同尺度普通電極薄膜電容量的3倍以上。
文檔編號(hào)H01G4/005GK101252042SQ20081005999
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者任招娣, 宋晨路, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 汪建勛, 鴿 沈, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)